可变分区存储管理方式的内存分配回收

宋新伟

摘要：该文首先介绍了存储管理中可变分区的管理方式。通过实验编写程序模拟实现了可变分区存储管理方式的内存分配和回收。

关键词：可变分区；存储管理；内存分配；回收

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2014）12-2880-03

1 存储管理中可变分区的管理方式

可变分区管理方式将内存除操作系统占用区域外的空间看做一个大的空闲区。当作业要求装入内存时，根据作业需要内存空间的大小 查询内存中的各个空闲区，当从内存空间中找到一个大于或等于该作业大小的内存空闲区时，选择其中一个空闲区，按作业需求量划出一个分区装人该作业，作业执行完后，其所占的内存分区被收回，成为一个空闲区。如果该空闲区的相邻分区也是空闲区，则需要将相邻空闲区合并成一个空闲区。

2 本实验的具体实现

本次实验的具体内容包括：1）建立相关的数据结构，作业控制块、已分配分区及未分配分区；2）实现一个分区分配算法，如最先适应分配算法、最坏或者最优适应分配算法；3）实现一个分区回收算法；4）给定一批作业/进程，选择一个分配或者回收算法，实现分区存储模拟管理；5）设计界面并将所有的模块整合到一起，形成一个完整的系统。

2.1 设计所采用的算法

采用最坏适应算法，每次为作业分配内存时，总是把最大的空闲分区和所需要的程序块进行比较，如果该块的大小大于或者等于所需要的内存大小，则从该块中分配出一块内存给程序。

2.2 内存分配与回收所使用的结构体

为便于对内存的分配和回收，建立两张表记录内存的使用情况。一张为记录作业占用分区的“内存分配表”，内容包括分区起始地址、长度、作业名/标志（为0时作为标志位表示空栏目）；一张为记录空闲区的“空闲分区表”，内容包括分区起始地址、长度、标志（0表空栏目，1表未分配）。两张表都采用顺序表形式。

2.3 关于分配留下的内存小碎片问题

当要装入一个作业时，从“空闲分区表”中查找标志为“1”（未分配）且满足作业所需内存大小的最小空闲区，若空闲区的大小与作业所需大小的差值小于或等于minsize，把该分区全部分配给作业，并把该空闲区的标志改为“0”（空栏目）。同时，在已分配区表中找到一个标志为“0”的栏目登记新装人作业所占用分区的起始地址，长度和作业名。若空闲区的大小与作业所需大小的差值大于minsize。则把空闲区分成两部分，一部分用来装入作业，另外一部分仍为空闲区。这时只要修改原空闲区的长度，且把新装人的作业登记到已分配区表中。

2.4 内存的回收

在可变分区方式下回收内存空间时，先检查是否有与归还区相邻的空闲区（上邻空闲区，下邻空闲区）。若有，则将它们合件成一个空闲区。程序实现时，首先将要释放的作业在“内存分配表”中的记录项的标志改为“0”（空栏目），然后检查“空闲区表”中标志为‘1（未分配）的栏目，查找是否有相邻的空闲区，若有，将之合并，并修改空闲区的起始地址和长度。

3 数据结构

1）块类结构

public class Kuai{

private int startAddr； //块的在内存中的开始位置

private int size； //块的大小

private int state=0； //块的状态，1表示已分配，0表示未分配

private int runprogram； } //表示该快所运行的程序编号

2）分区表结构

Public class KuaiBiao（）//块表

{private int memorysize=1000； //系统的内存大小，为1000

private List KuaiList=new ArrayList（）； //分区表

public KuaiBiao（）

{ Kuai kuai=new Kuai（）；

kuai.setRunprogram（0）；

kuai.setSize（1000）；

kuai.setStartAddr（0）；

this.KuaiList.add（kuai）；}}

3）表模型结构

Public class TableModel{

Vector cols=null； //初始化表模型的列名

Vector rowdata=null； }//某行某列的数据

4 程序算法

本程序的功能模块主要为内存分配和内存回收。首页是一个显示界面，从list 中获取数据，将数据加入JTable中，显示出来。首页有两个功能按钮即：内存分配按钮和内存回收按钮。点击每个按钮执行相应的功能模块。当点击内存分配按钮时，会弹出一个对话框，输入待分配内存的大小和指定程序编号，如果输入的内存大小超出最大未分配内存的大小，程序会提示错误信息。如果想回收某个内存块，选定该行，点击回收按钮，执行相应的功能，更新JTable表格，完成相应功能的显示。

4.1 内存分配模块算法

内存的分配采用最坏适应算法（Worst fit）。最坏适应分配算法要扫描整个空闲分区分割给作业使用。该算法要求将所有的空闲分区按其容量以从大到小的顺序形成一空闲分区链，查找时只要看第一个分区是否满足作业要求。在系统分配内存的时候，每次调用分配算法，只需要传递一个待分配内存的大小和所要运行的程序编号，然后通过Util类中的FenPei（int size，int prograid）方法从内存表中分配一块内存。FenPei（int size，int prograid）方法每次都会将块表中的块按size大小从大到小排序，遍历块表判断该块的状态是否为空闲，如果该块状态为空闲，则从 该块中分配出一块内存作为程序运行所需要的内存。如果该块的状态不为空闲，则继续遍历块表（KuaiBiao）中的下一个块内存。

4.2 内存回收模块算法

选择回收的内存块，当点击回收内存时，调用public List setFree（int startAddr，List le）方法，首先根据回收区的地址找到此内存块在List集合中的索引位置，然后判断点击的待回收的内存块的状态，若为0，则提示已是空闲状态；若为1，则调用方法Judge.judgement（ku， i） ， 此方法根据索引位置和内存块的List集合返回要操作的方法，可以细化成9种情况来判断：1）待回收的内存块没有上块也没有下块内存，则回收后地址为本块地址，大小为本块内存的大小；2）待回收的内存块没有上块，有下块内存，且下块内存为空闲状态，则回收后地址为本块地址，大小为本块大小加下块内存大小；3）待回收的内存块没有上块，有下块内存，且下块内存为占用状态，则回收后地址为本块地址，大小为本块大小；4）待回收的内存块有上块内存，且上块空闲，没有下块，则回收后地址为上块地址，大小为本块大小加下块大小；5）待回收的内存块有上块内存，上块内存占用，没有下块，则回收后地址为本块地址，大小为本块大小；6）待回收的内存块上块和下块都是空闲，则回收后地址为本块地址，大小为本块大小加上块和下块大小；7）待回收的内存块的上块和下块都是占用状态，则回收后地址为本块地址，大小为本块大小；8）待回收的内存块的上块占用，下块空闲，则回收后地址为本块地址，大小为本块大小加下块大小；9）待回收的内存块的上块空闲，下块占用，回收后地址为上块地址，大小为本块大小加上块大小。之后根据返回的操作方法进行对内存块的处理，然后返回一个按内存地址排序的内存块集合。

5 内存分配回收实现部分截图

1）系统内存未分配（如图1所示）。

6 结束语

本文通过编写和调试存储管理的模拟程序，加深了对存储管理方案的理解，熟悉了对可变分区存储管理的内存分配和回收。

参考文献：

[1] 戴银飞，赵耀红.可变分区存储管理方式的模拟[J].长春大学学报，2005（4）：36-38.

[2] 曹刚.大数据存储管理系统面临挑战的探讨[J].软件产业与工程，2013（6）：34-38.

[3] 张迎舂，张卫.虚拟化环境中的存储基础架构管理及优化方案[J].计算机与现代化，2013（10）.

[4] 朱恺文，戴丽丝.系统配置参数通用性存储管理的设计与实现[J].科技信息，2013（12）.

4.2 内存回收模块算法

选择回收的内存块，当点击回收内存时，调用public List setFree（int startAddr，List le）方法，首先根据回收区的地址找到此内存块在List集合中的索引位置，然后判断点击的待回收的内存块的状态，若为0，则提示已是空闲状态；若为1，则调用方法Judge.judgement（ku， i） ， 此方法根据索引位置和内存块的List集合返回要操作的方法，可以细化成9种情况来判断：1）待回收的内存块没有上块也没有下块内存，则回收后地址为本块地址，大小为本块内存的大小；2）待回收的内存块没有上块，有下块内存，且下块内存为空闲状态，则回收后地址为本块地址，大小为本块大小加下块内存大小；3）待回收的内存块没有上块，有下块内存，且下块内存为占用状态，则回收后地址为本块地址，大小为本块大小；4）待回收的内存块有上块内存，且上块空闲，没有下块，则回收后地址为上块地址，大小为本块大小加下块大小；5）待回收的内存块有上块内存，上块内存占用，没有下块，则回收后地址为本块地址，大小为本块大小；6）待回收的内存块上块和下块都是空闲，则回收后地址为本块地址，大小为本块大小加上块和下块大小；7）待回收的内存块的上块和下块都是占用状态，则回收后地址为本块地址，大小为本块大小；8）待回收的内存块的上块占用，下块空闲，则回收后地址为本块地址，大小为本块大小加下块大小；9）待回收的内存块的上块空闲，下块占用，回收后地址为上块地址，大小为本块大小加上块大小。之后根据返回的操作方法进行对内存块的处理，然后返回一个按内存地址排序的内存块集合。

5 内存分配回收实现部分截图

1）系统内存未分配（如图1所示）。

6 结束语

本文通过编写和调试存储管理的模拟程序，加深了对存储管理方案的理解，熟悉了对可变分区存储管理的内存分配和回收。

参考文献：

[1] 戴银飞，赵耀红.可变分区存储管理方式的模拟[J].长春大学学报，2005（4）：36-38.

[2] 曹刚.大数据存储管理系统面临挑战的探讨[J].软件产业与工程，2013（6）：34-38.

[3] 张迎舂，张卫.虚拟化环境中的存储基础架构管理及优化方案[J].计算机与现代化，2013（10）.

[4] 朱恺文，戴丽丝.系统配置参数通用性存储管理的设计与实现[J].科技信息，2013（12）.

4.2 内存回收模块算法

选择回收的内存块，当点击回收内存时，调用public List setFree（int startAddr，List le）方法，首先根据回收区的地址找到此内存块在List集合中的索引位置，然后判断点击的待回收的内存块的状态，若为0，则提示已是空闲状态；若为1，则调用方法Judge.judgement（ku， i） ， 此方法根据索引位置和内存块的List集合返回要操作的方法，可以细化成9种情况来判断：1）待回收的内存块没有上块也没有下块内存，则回收后地址为本块地址，大小为本块内存的大小；2）待回收的内存块没有上块，有下块内存，且下块内存为空闲状态，则回收后地址为本块地址，大小为本块大小加下块内存大小；3）待回收的内存块没有上块，有下块内存，且下块内存为占用状态，则回收后地址为本块地址，大小为本块大小；4）待回收的内存块有上块内存，且上块空闲，没有下块，则回收后地址为上块地址，大小为本块大小加下块大小；5）待回收的内存块有上块内存，上块内存占用，没有下块，则回收后地址为本块地址，大小为本块大小；6）待回收的内存块上块和下块都是空闲，则回收后地址为本块地址，大小为本块大小加上块和下块大小；7）待回收的内存块的上块和下块都是占用状态，则回收后地址为本块地址，大小为本块大小；8）待回收的内存块的上块占用，下块空闲，则回收后地址为本块地址，大小为本块大小加下块大小；9）待回收的内存块的上块空闲，下块占用，回收后地址为上块地址，大小为本块大小加上块大小。之后根据返回的操作方法进行对内存块的处理，然后返回一个按内存地址排序的内存块集合。

5 内存分配回收实现部分截图

1）系统内存未分配（如图1所示）。

6 结束语

本文通过编写和调试存储管理的模拟程序，加深了对存储管理方案的理解，熟悉了对可变分区存储管理的内存分配和回收。

参考文献：

[1] 戴银飞，赵耀红.可变分区存储管理方式的模拟[J].长春大学学报，2005（4）：36-38.

[2] 曹刚.大数据存储管理系统面临挑战的探讨[J].软件产业与工程，2013（6）：34-38.

[3] 张迎舂，张卫.虚拟化环境中的存储基础架构管理及优化方案[J].计算机与现代化，2013（10）.

[4] 朱恺文，戴丽丝.系统配置参数通用性存储管理的设计与实现[J].科技信息，2013（12）.